다관절로봇

다관절로봇(articulated robot)

다관절로봇(articulated robot)은 회전 관절이 있는 로봇을 의미한다. 보통 대부분이 작업 동작이 3종류 이상이고 3개 이상의 회전운동기구를 결합시켜 만든다. 사람의 어깨·팔·팔꿈치·손목과 같은 관절을 가지고 있어서 사람이 하는 운동과 비슷하게 운동할 수 있다. 다관절 형식 중에서 팔꿈치형은 차지하는 공간이 좁으나, 그에 비해 자유로이 크게 움직일 수 있다. 공장의 생산라인에서 조립 작업을 하거나 도장·용접 등에 사용된다.

상세

다관절 로봇이란, 회전운동을 할 수 있는 여러 개의 관절을 지닌 로봇으로 사람의 어깨, 팔, 손목 등과 유사하게 운동하면서 원하는 방향으로 움직일 수 있도록 제작된 로봇이다. 주로 반복되는 작업이 많은 제조업의 생산라인에서 불량률 감소, 생산성 향상, 인건비 절감의 목적으로 사용되고 있으며 위험요소가 많은 절단, 적재, 열처리 등의 공정에서도 높은 활용도를 보이고 있다. 좌표를 따라 좌우, 상하 운동만을 수행하는 직교 좌표형 로봇과 달리 다관절 로봇은 운동성이 매우 복잡해 여러 개의 회전축이 탑재 되므로 모션제어에 필수적인 콘트롤러와 엔코더, 드라이브의 대당 탑재수가 많을 수밖에 없다.

종류

수직 다관절로봇

수직 다관절로봇은 3개 이상의 관절을 가지고 있으며 프로그램이을 통한 서브 제어를 기반으로 다양한 움직임과 각도 작업 수행을 할 수 있다. 브랜드별로 로봇의 모델별 가반 중량에 차이가 있으며 그리퍼를 별도로 구성 및 부착하여 업무를 파지하거나 고성, 이송을 하게 된다. 반복 동작에 대한 정확도가 ±0.02mm를 자랑하기 때문에 조 주 품질에 대한 일관성을 유지할 수 있다. 수직 다관절로봇은 초기에 프로그래밍과 로봇 티칭 과정을 통해 작업에 대한 학습을 저장하고 경로 및 업무를 수행하게 된다. 작업이 복잡하고 관절에 움직임에 대한 티칭이 많아질수록 로봇의 속도가 저하되고 이는 트랙 타임(track time)에 영향을 미치게 된다. 따라서 초기 선정 과정에서 로봇의 회전반경 및 움직임에 대한 사전 지식이 필요하다. 로봇의 움직임 반경 내에 회피해야 할 장애물이 많을수록 로봇의 회피 기동이 불필요하게 늘어나고 이는 로봇 속도 저하의 원인이 된다. 따라서 수직 다관절로봇 선정 과정에서는 전문가와 작업 흐름에 대한 높은 이해도를 갖고 있는 인력의 참석이 필수적이다. 한 번 설치한 로봇은 교체하기 힘들기 때문에 트랙 타임과 업무 흐름을 면밀히 검토할 필요성이 있다.

활용

대부분의 다관절 로봇은 산업용으로 사용되고 있으며, 최근 휴머노이드 형태로 발전되어 서비스용, 교육용 및 엔터테인먼트용으로 사용되고 있다. 아래 그림과 같이 다관절로봇은 무게중심이 고정된 형태의 로봇팔(ARM)에서 무게중심을 이동시키는 동물 로봇, 그리고 이동보행을 이용할 수 있는 고난이도 휴머노이드 로봇으로까지 기술적, 기능적으로 발전되었다. 다관절 로봇은 자동차, 전기/전자, 화학, 철강, 식품 등의 산업 분야에 폭넓게 사용되고 있으며, 산업 및 공장 자동화의 핵심 역할을 담당하고 있다. 단조로운 반복작업, 많은 제조업에서 다관절 로봇은 불량률 감소, 생산성 향상, 인건비 절감 목적으로 사용되고 있다. 그리고 소음이 많고 고온 다습한 조건의 작업 환경인 주물이나 단조 공장에서 사용되고 있으며 위험한 근무 조건인 화학공장, 원자력발전소, 탄광같은 곳에서도 유용하게 사용되고 있다. 다관절 로봇의 가장 큰 수요 시장은 자동차 관련업계 및 전기/전자 관련업계이다. 자동차 산업에서는 차체 조립, 차체 도장 부문 및 운송, 절단 등의 공정에 활용도가 높다. 전기/전자 산업에서는 반도체 및 LCD 등 디스플레이, 모바일 기기 등 다양한 부문에서 다관절 로봇이 사용되고 있으며, 조립, 운송, 진공밀봉, 측정, 적재 등의 공정 자동화에 활용되고 있다. 자동차 산업에서의 다관절 로봇은 신모델 개발보다는 국산화를 위한 연구를 많이 진행하고 있는 반면, 전기/전자산업에서의 다관절로봇은 제품의 주명주기가 짧은 특성상 주로 로봇 신모델 제품의 조기 개발을 통한 상품화를 위해 노력하고 있다. 3D 업종으로 인식되어 인력난을 겪고 있는 금형, 주조, 열처리 등의 뿌리산업에서도 노동력을 확보 차원에서 다관절 로봇을 사용한 자동화 공정이 도모되고 있는 추세다. 조선 해양산업에서는 고령화에 따른 인력 대체용으로 특수 작업용 로봇, 선박 청소용 로봇, 수중 작업용 로봇 등 다양한 용도의 다관절 로봇이 개발되고 있다. 그 이외에도 시험 검사용 로봇, 바이오 공정용 로봇 등 다양한 지능형 로봇 제조에도 다관절 로봇 기술이 응용되고 있다.

참고자료

• 〈다관절 로봇 ( articulated robot , 多關節- )〉, 《IT용어사전》
• 〈다관절로봇 ( articulated robot )〉, 《두산백과》
• Chandler, 〈산업용 로봇의 정의와 종류〉, 《인사이드인사이트》
• 산업시장분석실 선임연구원 김지희, 〈다관절로봇 - 뿌리산업과 첨단기술의 만남으로 제조업 성장기대〉, 《한국과학기술정보연구원》, 2015-12-02

같이 보기

• 인공지능 로봇
• 서빙로봇

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